Camila Francieli da Silva Malone
No dia 29 de julho de 2014, a aluna do Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Botânica/IBt, Camila Francieli da Silva Malone (Bolsista FAPESP), defendeu sua tese de doutorado intitulada
“Diversidade fenotípica, molecular e avaliação do potencial biotecnológico do complexo Phormidium (Cyanobacteria)
em ambientes aquáticos e terrestres da Mata Atlântica e Pantanal, Brasil”.
A banca examinadora foi composta pela Dra. Célia Leite Sant’Anna (Orientador e Presidente/ IBt), Dra. Maria Teresa de Paiva Azevedo (Bioalgas), Dra. Mariana Cabral de Oliveira (IB/USP), Dr. Orlando Necchi Junior (IBILCE/UNESP) e
Dr. Luis Henrique Zanini Branco (IBILCE/UNESP).
Diversidade fenotípica, molecular e avaliação do potencial biotecnológico do complexo Phormidium (Cyanobacteria) em ambientes aquáticos e terrestres da Mata Atlântica e Pantanal, Brasil.
RESUMO
Em regiões tropicais e subtropicais a rica diferenciação de habitat e a consequente diversidade ecológica permitem alta diversificação morfológica das cianobactérias. No entanto, apenas 5 a 10 % da real diversidade nestas regiões são conhecidos e, portanto, numerosos morfotipos e genótipos devem ainda ser descobertos. Além da ampla diversidade destes organismos, há décadas as cianobactérias são reconhecidas também por produzir grande variedade de compostos biologicamente ativos com potencial uso biotecnológico, no entanto, poucos estudos têm sido desenvolvidos, sobretudo em regiões tropicais e subtropicais. Deste modo, o presente estudo teve por objetivo a caracterização da biodiversidade do complexo Phormidium em distintos habitats aquáticos e terrestres dos biomas Mata Atlântica e Pantanal. Além disso, visou a prospecção de compostos biologicamente ativos em linhagens selecionadas. Assim, análises morfológicas foram conduzidas de modo definir as características diagnósticas que permitissem a detalhada caracterização dos táxons. A análise a partir do gene 16S RNAr permitiu definir dez clados filogenéticos distintos, corroborando a heterogeneidade do complexo Phormidium. Dentre estes grupos, apenas três linhagens foram caracterizadas como Phormidium sensu stricto, juntamente com Phormidium cf. irrigum CCALA 759, que é um representante do grupo taxonômico ao qual a espécie-tipo do gênero (Phormidium lucidum) está inserida. Dez linhagens analisadas foram identificadas como pertencentes a gêneros já descritos em literatura: Microcoleus, Wilmottia e Desertifilum. Entretanto, 43% do material analisado foram considerados como novos táxons para a ciência, e cerca de seis novos gêneros e treze espécies poderão ser descritos futuramente. Neste cenário, o novo gênero Trichocapitatum foi descrito neste estudo, sendo distinguido as espécies T. Komarekianum e T. lacustre. Além disso, as linhagens isoladas a partir de amostras coletadas no Pantanal e na Mata Atlântica apresentaram-se morfologicamente distintas, o que foi corroborado a partir da análise filogenética do gene 16S RNAr. Assim, foi possível constatar neste estudo que a especificidade de habitats de ambas as regiões de estudo refletiu diretamente na diversidade biológica. As relações interespecíficas foram definidas a partir dos marcadores rbcLX e rpoC1, além da análise da estrutura secundária do espaçador intergênico 16S-23S RNAr. Entretanto, o número reduzido de sequências referentes a estes marcadores nos bancos públicos impossibilitou muitas vezes a comparação entre táxons filogeneticamente relacionados. Neste aspecto, o presente estudo contribuirá significativamente com o avanço da ciência, uma vez que foram geradas cerca de 90 sequências do complexo Phormidium referentes a estes marcadores. A partir dos genes nifH e nifD, foi possível caracterizar 16 linhagens potencialmente diazotróficas, bem como corroborar os grupos filogenéticos definidos a partir do gene 16S RNAr. Com base nos testes bioautográficos verificou-se a presença de substâncias com atividade anticolinesterásica, fúngica e antioxidante, bem como da cianotoxina BMAA. Em suma, o presente trabalho demonstrou a ampla diversidade de prováveis espécies novas para a ciência nos ambientes tropicais e subtropicais, o papel ecológico destes organismos como potenciais fixadores de nitrogênio, bem como o uso de diferentes marcadores moleculares para auxiliar na definição de espécies no complexo Phormidium.
Palavras-chaves: Phormidium sensu lato, taxonomia polifásica, múltiplos-loci gênicos, compostos bioativos, linhagens diazotróficas.
Abstract
In tropical and subtropical regions, the richness of different habitats and consequent ecological diversity allow for high morphological variety of cyanobacteria. However, only 5 to 10% of the real diversity of these regions is known and, therefore, numerous morphotypes and genotypes are yet to be discovered. In addition to the ample diversity of these organisms, cyanobacteria have also been recognized, for decades, as producers of a wide variety of biologically active compounds, potentially suitable for biotechnological applications. However, few studies, especially in tropical and subtropical regions, have been carried out. Accordingly, the present study aimed to characterize the population biodiversity of the Phormidium complex in distinct aquatic and terrestrial habitats of the Atlantic rainforest and Pantanal biomes. In addition, it also prospected biologically active compounds in selected lineages. Thus, morphological analyses were carried out to define diagnostic features for detailed characterization of the taxa. The analysis based on gene 16S RNAr allowed the definition of ten distinct phylogenetic clades, corroborating the Phormidium complex heterogeneity. In these groups, only three lineages were characterized as Phormidium sensu stricto, together with Phormidium cf. irrigum CCALA 759, which is a representative of the taxonomic group in which the species-type of the genus (Phormidium lucidum) is inserted. Ten analyzed lineages belong to taxa already described in the literature, such as Microcoleus, Wilmottia and Desertifilum. However, the other analyzed lineages (43%) could be considered as new entities for science, and about six new genera and thirteen species can be described eventually. In this scenario, the new genus Trichocapitatum was described in this study and three distinct species, T. komarekianum and T. lacustre, were characterized. Furthermore, the strains isolated from Pantanal and Mata Atlantica was morphologically distinct, which was supported by the 16S rRNA phylogenetic analysis. Thus, in this study we determined that habitats specificity from both study areas reflected directly the biological diversity. Interspecific relations were defined based on rbcLX and rpoC1 markers and the secondary structure analysis of the 16S-23S RNAr intergenic spacer. However, the small number of sequences related to these markers in public database often impossible to compare phylogenetically related taxa. In this context, this study will contribute significantly to the advancement of science, since about 90 sequences of Phormidium complex regarding these markers were generated. Based on genes nifH and nifD, it was possible to characterize 16 potentially diazotrophic lineages as well as corroborating the phylogenetic groups defined based on gene 16S RNAr. Bioautographic tests revealed the presence of anticholinesterasic, fungic and antioxidant substances, as well as cyanotoxins BMAA. The present study showed the wide variety of new species for science in tropical and subtropical environments, the ecologic role of these organisms as potential nitrogen fixators and the use differents molecular markers to help to define species of Phormidium complex.
Key words: Phormidium sensu lato, polyphasic taxonomy, multi-locus genes, bioactive compounds, diazotrophic lineages.
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